Как обезопасить компьютер от сбоев электропитания

Электрическое питание компьютеров, равно как и любой другой высокотехнологичной техники, не было бы таким щепетильным моментом, если бы качество электроэнергии всегда находилось на одном неизменно высоком уровне. К сожалению, в жизни это далеко не так. Стопроцентных защит не бывает в принципе, но снизить зависимость вашего ПК от "недугов из розетки" можно, причем в десятки и сотни раз. Благо сегодня рынок просто переполнен различными фильтрами, стабилизаторами, источниками бесперебойного питания и прочими девайсами, которые созданы лишь для того, чтобы защитить основное оборудование. В рамках этого материала мы постараемся подробно описать все "недомогания" отечественных электросетей, и посоветовать оптимальные варианты защиты.

Качество электрической энергии…

Именно с такой формулировки начинается межгосударственный стандарт ГОСТ 13109-97, главный документ, согласно которому должны функционировать питающие сети общего назначения. Стандарт, как мы уже успели отметить, межгосударственный, поэтому все написанное ниже справедливо для Российской Федерации, Украины, Беларуси, Казахстана и еще целого ряда стран. Мы же, со своей стороны, не будет цитировать жесткие и косноязычные ГОСТовские определения того самого качества, а попытаемся объяснить все на более понятном языке. Итак, подавляющее большинство артефактов сетевого напряжения можно разделить на следующие группы:

Высокочастотные помехи, также называемые радио помехами, образуются в сети вследствие работы самих же потребителей. Это могут быть мощные бытовые дрели или другие подобные инструменты, а так же различные импульсные устройства. Частота паразитного сигнала может составлять от единиц килогерц, заканчивая десятками мегагерц. Данный тип помехи может быть назван одной из самых безопасных, т.к. лишь в редких случаях причиняет ощутимый вред. Прежде всего, это связано с работой аудио- и видеоаппаратуры, где может появиться посторонний фон и возрасти искажения. Все мы слышали жужжание в колонках, если в соседней комнате включена дрель или даже мощный фен. При довольно сильной амплитуде помех некоторая слабо защищенная техника может начать работать со сбоями. Выход из строя маловероятен. Защита в данном случае сводится к использованию простого сетевого фильтра.
Импульсные помехи.Импульсные помехи являются куда более опасными. Фактически они представляют собой короткие всплески напряжения, которые вклиниваются в нормальную синусоиду. Продолжительность их действия не велика и измеряется миллисекундами, но амплитуда напряжения может достигать десятков киловольт. Причиной могут стать природные катаклизмы, например, гроза или техногенные факторы - всплески при коммутации мощных индуктивных нагрузок на подстанциях и в промышленности. Хороший импульс с большой долей вероятности может обеспечить выход из строя любой современной техники, чайники, утюги и лампочки, естественно, не в счет. Однако и от них уже давно придуманы действенные меры защиты, которые реализованы в бытовых фильтрах удлинителях. Как это работает, читайте чуть ниже.
Кратковременные провалы и всплески напряжения бывают обусловлены целым букетом причин, и могут быть названы вполне нормальным явлением для любой сети,естественно, если время их действия и изменение амплитуды не противоречит ГОСТу. Провалы встречаются более часто, т.к. они провоцируются включением мощных потребителей. Если такие неприятности долговременны, периодичны или присутствуют постоянно, то это не очень хорошо сказывается на работе оборудования. Максимальное долговременное отклонение от стандарта не должно превышать ±10%. Т.е. напряжение в наших розетках может смело колебаться от 207 до 253 В. В общем, оно так и есть, и приборы рассчитаны на это. Однако порой допустимые 10% грубо не выдерживаются, и если при отклонении в минус блок питания просто отключит аппаратуру, то при отклонении в плюс может произойти непредсказуемое. Очевидно, что в таких ситуациях нужно использовать какие-то регуляторы напряжения, и они есть. Устройства, предназначенные для этих целей, так и называются "автоматический регулятор напряжения", иногда просто AVR как аббревиатура от английского варианта.
Отсутствие напряжения может быть вызвано аварией или отключением по целому ряду причин. Ситуация достаточно неприятная, т.к. отсутствие амплитуды или ее падение до крайне низкого значения приводит к немедленному выключения техники, когда компьютер не сохранит данные, а высокотехнологичное оборудование не завершит процесс положенным образом. В этом случае поможет лишь автономное электроснабжение, которое обеспечивается источниками бесперебойного питания.
Наконец, самый редкий случай – сильное искажение формы сигнала или частоты. Такое возможно лишь из-за проблем энергоснабжающей организации. В общем, современные блоки питания к этому не сильно критичны, но если искажения слишком значительны, то исправить их нельзя, и опять же приходится прибегать к помощи ИБП.

Как это работает?

Несложно догадаться, что все техногенные электрические приборы, в частности, рассматриваемые в данной статье, функционируют с использованием типовых свойств некоторых радиоэлементов и простейших схем. Начать анализ защитного оборудования наиболее целесообразно с рассмотрения фильтров-удлинителей. Что же такое интересное установлено у них внутри, и чем они отличаются от обычных удлинителей? Все очень просто. По своей природе данные устройства способны защитить оборудование от импульсных и высокочастотных помех, а также перенапряжения. В основе импульсной защиты лежит использование варисторов.
картинка
Варисторы

Этот элемент имеет нелинейную зависимость тока от приложенного напряжения. Говоря проще, пока напряжение не превысило некий допуск, через варистор протекает крайне низкий ток. Как только амплитуда превышает установленный порог, варистор "открывается" и через него начинает протекать огромный ток. Перед варистором установлен предохранитель, который в большинстве современных конструкций является автоматическим и многоразовым, и, как только ток превышает номинальное значение (как правило, 10А), предохранитель размыкает цепь, отключая оборудование от сети. Такая защита достаточно действенна, хоть и имеет несколько минусов. Во-первых, защищаемая техника просто жестко отключается во время работы. Во-вторых, при сильном импульсе варисторы могут сгореть, оборудование останется в норме, а сам фильтр со сгоревшими элементами уже не будет обеспечивать протекции.
картинка
Простейший фильтр на одном варисторе

Самый простой фильтр-удлинитель оборудован как минимум одним варистором и предохранителем, девайсы получше имеют в своем составе минимум три варистора, которые включены треугольником между основными линиями (фаза, ноль и земля). Фильтрация высокочастотных помех осуществляется с помощью индуктивно-емкостных (LC) фильтров. Они работают по так называемому режекторному принципу, имея разное сопротивление для сигналов с различной частотой. Для сетевых 50 Гц они не представляют никакой преграды, а вот уже для 1000 Гц или для 10000Гц являются заслоном на пути к питаемому оборудованию. Как правило, честные производители всегда указывают ослабление сигнала в полосе частот, чем оно больше, тем лучше.
картинка
LC-фильтр

В более сложных случаях, когда напряжение в сети периодически не стабильно, целесообразно использовать автоматические регуляторы напряжения. Это несложное устройство содержит в своем составе автотрансформатор, релейный узел и блок измерения входного напряжения. Простая электронная схема все время следит за амплитудой в розетке, благо сегодня реализация подобной штуковины очень проста и дешева. Как только напряжение выходит за положенный допуск, реле включает повышающую или понижающую обмотку трансформатора. Среднестатистически подобные устройства могут держать на выходе 230±10% В, когда амплитуда на входе прыгает от 160 до 300 В. Основными параметрами здесь являются время замера и переключения, ну и, конечно же, мощность.
картинка
Источники бесперебойного питания

Источники бесперебойного питания являются самым надежным видом защиты, т.к. обеспечивают полную протекцию оборудования, и содержат в своем составе как все необходимые фильтры, так и регулятор напряжения. На сегодняшний день можно выделить два основных класса ИБП: линейно-интерактивные и on-line.
Линейно-интерактивные источники служат для бытовых целей, где защита нужна, но к ней не предъявляются слишком жесткие требования. Функционирование источников первого типа сводится к тому, что при наличии сетевого напряжения нагрузка просто питается от розетки через фильтр, как только амплитуда сигнала выходит за рамки допустимого, нагрузка мгновенно отключается от сети и начинает питаться от встроенного инвертора, который генерирует 230 В, используя энергию накопленную в аккумуляторных батареях.
картинка
Аккумуляторы

Линейно-интерактивные источники достаточно популярны, т.к. дешевы и надежны, однако, даже они могут не сработать в некоторых нештатных ситуациях. Когда это недопустимо, используют on-line ИБП или, как их еще называют, ИБП двойного преобразования. Напряжение сети понижается, и все время используется для зарядки АКБ, АКБ питает инвертор, к которому и подключена нагрузка. Получается, что мы фактически изолируем технику от сети, а даже при самых сложных внештатных ситуациях она останется цела. Оn-line ИБП стоят заметно дороже линейно-интерактивных, поэтому переплачивать за них имеет смысл лишь при реальной необходимости. Выбирая подобное устройство, вы невольно столкнетесь с множеством технических характеристик, обращать внимание стоит лишь на основные, как-то: время переключения, мощность, наличие AVR, параметры фильтра и время автономной работы. Кстати, напоследок о мощности. Производители всегда указывают ее в вольт-амперах (ВА), чтобы перевести ВА в Вт, их нужно умножить на коэффициент 0.6…07, плюс добавить 25% запаса. Пример: если ваш компьютер потребляет 300 Вт, то вам нужен (300/0.6)1.25=625 ВА ИБП.